煤化工焦化氮封系統(tǒng)改進揮發(fā)性的有機物VOCs污染帶來的環(huán)境問題已經(jīng)受到廣泛的重視。在我國，VOCs（volatile organic compouds）揮發(fā)性有機物，是指常溫下飽和蒸汽壓大于133.32Pa，常壓下沸點在50—260℃以下的有機化合物，或在常溫常壓下任何能揮發(fā)的有機固體或液體。揮發(fā)性有機混合物不僅對人體有刺激作用，而且其中不少對內(nèi)臟有毒害作用，還有的是致突變物與致癌物。揮發(fā)性有機混合物中的烯烴和某些芳香烴化合物，在大氣中，在陽光的作用下，還可以和氮氧化物發(fā)生反應形成洛杉磯型的光化學煙霧或工業(yè)型光化學煙霧，造成二次污染。因此為進一步提升大氣污染防治水平，改善本地區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，焦化廠的VOCs治理變得尤為重要。
結(jié)合內(nèi)浮頂苯罐的使用現(xiàn)狀對苯罐進行適應性氮封改造,解決了苯氣揮發(fā)導致的混合氣體達到爆炸極限帶來的安全風險和環(huán)境污染,同時減少了產(chǎn)品損失,帶來了較高的經(jīng)濟效益. 
0煤化工焦化氮封系統(tǒng)改進引言
煤化工作為傳統(tǒng)重工業(yè)性行業(yè)，在實際生產(chǎn)過程中很容易產(chǎn)生各種尾氣，因此煤化工（焦化）也是VOCs產(chǎn)生的主要領(lǐng)域之一。煉焦及后續(xù)煤氣凈化涉及到的眾多化工介質(zhì)中含有大量的VOCs。在焦化生產(chǎn)過程中，由于介質(zhì)流動、溫度及壓力的變化，極易出現(xiàn)含有VOCs的尾氣逸散。這些逸散尾氣組成復雜，含有不同刺激性、腐蝕性、惡臭甚至致癌致畸的有害成分，是焦化廠異味的主要來源。尾氣的排放不僅嚴重污染環(huán)境，影響員工身心健康，加劇裝置腐蝕，而且會造成資源浪費，如果處置不當，還存在燃燒爆炸的安全風險?！稛捊构I(yè)污染物排放標準》（GB16171-2012）對大氣污染特別排放限值提出了嚴格的要求。
1焦化廠VOCs的來源與組成
VOCs成分復雜，目前已經(jīng)監(jiān)測出的VOCs有300 多種，主要來自建筑裝飾、有機化工、鋼鐵冶金，石油石化、包裝印刷、表面涂裝等行業(yè)。在以往的VOCs治理中，焦化廠很少進行處理，但實際上焦化在鋼鐵冶金企業(yè)中*，在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生各種各樣的異味，不僅污染環(huán)境，同時對員工的身體也造成潛在的危害。焦化廠的工藝流程包括煤的高溫干餾，主要原料是煤，一般采用的是配合煤。配合煤作為化合物里面的成分，其組成并不固定。在整個工藝過程中煉焦、回收是產(chǎn)生VOCs多的車間，尤其在回收區(qū)域更為嚴重，因此對于焦化廠的VOCs治理主要集中在回收區(qū)域。煉焦的除塵裝置效果理想可以減少很大一部分VOCs的外排，而回收區(qū)域涉及的設備眾多，各種罐體的放散氣直接連通大氣，產(chǎn)生的異味嚴重。氨水、焦油、萘、酚、甲烷類烴等物質(zhì)會逸散到大氣中，特別是苯、硫化氫等物質(zhì)，更是具有強烈的毒性，污染環(huán)境，嚴重影響環(huán)境和毒害操作工人的身體。
2焦化廠VOCs的治理措施
和其他環(huán)境治理措施類似，焦化廠尾氣治理仍然要遵循“源頭減量、過程控制、末端治理”的總體思路。采用*工藝裝備，淘汰落后生產(chǎn)工藝，減少“跑冒滴漏”，實現(xiàn)源頭尾氣減量。同時，要提高生產(chǎn)管理水平，減少操作維護不當產(chǎn)生的尾氣排放，采取適當?shù)闹卫泶胧?，將產(chǎn)生的尾氣加以回收或處理。
焦化廠生產(chǎn)過程產(chǎn)生的尾氣種類繁多、性質(zhì)各異，發(fā)生源的特點亦不相同。根據(jù)其各自的特點，處理方法也多種多樣。目前常用的方法主要有化學吸收法、物理吸附法、冷凝回收法、燃燒法、催化分解法、氮封法以及通過壓力平衡系統(tǒng)引入煤氣負壓管網(wǎng)回收等。目前大部分焦化廠在設計時都設計有有害尾氣回收管道系統(tǒng)，在施工時已裝配有害尾氣回收系統(tǒng)，鼓風、粗苯、油庫等槽放散尾氣均接入了鼓風機前負壓管道。但由于安全原因，都沒有很好地發(fā)揮作用。一些單位在進行有害尾氣治理時，采用洗滌吸附法、吸附燃燒法、洗滌氧化法、吸收法等，尾氣治理工藝各有特點，效果各異，投資費用及運行費用也差別較大。
VOCs作為環(huán)保指標，之前很少在焦化廠中進行治理。但隨著國家環(huán)保形勢的加劇，民眾對于環(huán)保的意識也在提高，企業(yè)投入資金和技術(shù)對VOCs的排放進行治理，可以減少企業(yè)對環(huán)境的污染程度和范圍。
3焦化廠密閉槽體VOCs的治理
焦化廠的VOCs主要集中于回收區(qū)域，回收區(qū)域涉及范圍很廣，大致分為氨硫、粗苯、鼓風冷凝、洗滌、精脫硫、儲備站、油庫等工段。其中粗苯、鼓風冷凝、洗滌、油庫都有槽體。之前的工藝是每個槽體放散氣直接連通大氣來保證槽體內(nèi)的壓力平衡，同時槽體內(nèi)還有物料的進出。對于這種槽體的放散氣有很多種治理方法，但是考慮性價比，操作方便，投資小，真正實現(xiàn)*。一般都采用氮氣密封然后全負壓返回煤氣系統(tǒng)的處理工藝。此工藝需要槽體的密封效果好，這樣空氣不容易進入負壓區(qū)，可以更好地控制煤氣的含氧量。
工藝流程
1）在每臺儲罐上設置先導式氮封閥組和限流孔板旁路，正常情況下使用氮封閥組維持罐內(nèi)氣相空間壓力在1.2KPa左右，當氣相空間壓力高于1.4KPa時，氮封閥關(guān)閉，停止氮氣供應；當氣相空
間壓力低于0.8KPa時，氮封閥開啟，開始補充氮氣；當?shù)忾y需要檢修或故障時，使用限流孔板旁路給儲罐內(nèi)補充氮氣，壓力高于1.5KPa時，通過帶阻火器的呼吸閥外排（短時間連續(xù)補充
氮氣）。
2）當?shù)忾y事故失靈不能及時關(guān)閉，造成罐內(nèi)壓力超過1.5Kpa時，通過帶阻火器的呼吸閥外排；當?shù)忾y事故失靈不能及時開啟時，造成罐內(nèi)壓力降低至-0.3Kpa時，通過帶阻火器呼吸閥向
罐內(nèi)補充空氣，確保罐內(nèi)壓力不低于儲罐的設計壓力低限（-0.5Kpa）。
3）為確保設置氮封儲罐事故工況下的安全排放，應在儲罐上設置緊急泄放閥，緊急泄放閥定壓不應高于儲罐的設計壓力上限（2.0Kpa）。
4）當需要使用限流孔板旁路補充氮氣時，流量宜等于油品出罐流量，氮氣管道的管徑為DN50，氮氣的操作壓力為0.5MPa。
5）若在相同油品儲罐之間設置有氣相聯(lián)通管道，每臺儲罐出口均應設置阻火器，以防止事故擴大。
6）阻火器應選用安全性能滿足要求的產(chǎn)品，且阻力降不應大于0.3KPa。
3.1放散氣全負壓返回煤氣系統(tǒng)工作原理
首先對封閉式槽體安裝開閉式氮封裝置，當槽體進出料作業(yè)時，氮封閥進行供氮與泄氮作業(yè)，泄氮時部分尾氣隨氮氣排出。將封閉式槽體放散閥接入負壓系統(tǒng)，在風機前安裝一套微負壓控氧裝置，設定一定的壓力，剛好將這些槽體排出的尾氣吸入負壓系統(tǒng)，而不至于在風機壓力變化時將過多的氧氣吸入到負壓系統(tǒng)，從而產(chǎn)生安全隱患。
氮封技術(shù)主要是應用于庫區(qū)槽罐的密封。槽內(nèi)液位下降或溫度降低時利用氮氣補充槽內(nèi)氣體空間。通過氮氣充滿槽內(nèi)液位上方，阻止液體介質(zhì)持續(xù)氣化，抑制介質(zhì)氣化逸出。當槽體進料液位上升或溫度升高造成槽內(nèi)氣體壓力升高時，泄氮閥打開，氮氣逸出，從而保持槽內(nèi)壓力平衡。該方法可有效減少庫存槽罐作業(yè)過程中的尾氣排放，也有利于提高槽罐本質(zhì)安全水平。另外，氮氣屬于惰性氣體，與氧氣反應條件為4000oC電弧環(huán)境，因此不必考慮氮封廢氣發(fā)生化學反應對煤氣系統(tǒng)造成的不利影響。同時，氮封處理引入煤氣系統(tǒng)的廢氣量很少（大量不到1000m3)，對煤氣系統(tǒng)管道也不會產(chǎn)生不利影響。
煤化工焦化氮封系統(tǒng)改進具體工作原理：
（1） 設定微負壓控氧裝置前管道吸力為-100-200Pa，槽體放散口吸力為0~-50Pa，根據(jù)槽體至鼓風機前微負壓控氧裝置前的管道長度，管道長度不同，阻力不同，用槽體上閥門開度調(diào)節(jié)槽體放散口吸力為設定值；
（2） 微負壓控氧裝置接入鼓風機回流管道上或者風機前管道上，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)微負壓控氧裝置的吸力在-1000~-5000Pa； （3）微負壓控氧裝置內(nèi)部特殊結(jié)構(gòu)，由吸入管、限壓水封艙、氣體水封、真空艙、折流板、調(diào)節(jié)閥、回流管、真空計、溢流管、補水管等構(gòu)成，進口管內(nèi)氣體在負壓作用下，沖破水封進入真空部分，被吸入鼓風機煤氣管道，水封高度隨著吸力的變化而變化，回收尾氣剛好能沖破水封進行真空系統(tǒng)，保持有害尾氣管道吸力恒定，氣體帶走的水汽在折流板處被冷凝下來進入回流管，回到水封系統(tǒng)，有一部分水汽被氣體帶入煤氣，這時需用補水管補充，保證水封的高度。全程無排放，無泄漏，安全可靠，真正實現(xiàn)了*治理化產(chǎn)尾氣。
各槽體放散口吸力設定為-100~0Pa，根據(jù)管道長度、口徑、阻力情況來設定各放散口吸力，槽體安裝開閉式供氮閥、泄氮閥，用變頻控制器調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速，各點用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)吸力，保證氣體不會逸散到大氣中，同時，又能保證保持足夠的吸力。
該工藝全部采用12# 控制，選用自動化程度較高的設備，信號接入化產(chǎn)中控室中控系統(tǒng)，由中控室人員操作，不再另增加操作人員。為防止管道堵塞，在廢氣收集管道上加裝蒸汽清掃管道，定期進行蒸汽沖掃。 
3.2敞開式有害尾氣排放點逸散氣處理
這些區(qū)域分布較廣，收集尾氣比較困難，各個廢氣排放點形狀各異，需要制作不同的尾氣收集裝置，相比而言實用的是采取洗滌法來對尾氣進行處理。尾氣主要含氨、非甲烷總烴、硫化氫、萘、酚、苯類等有機物質(zhì)。首先將此類廢氣進行收集，經(jīng)管道引入洗滌塔，洗滌塔分為二次洗滌，下層使用冷凝液循環(huán)噴灑，除去廢氣中的苯類有機物，借由傳質(zhì)吸收原理，以組分分壓壓差作為吸收推動力，嚴格控制操作壓力和溫度等操作因素，以達到較好的吸收效果。上段使用蒸氨廢水洗滌，通過對操作狀態(tài)的控制，對廢氣中的殘余有機物質(zhì)達到吸收的目的。
由于各排放點形狀各異，大小不同，大多屬于敞開式排放點，需要根據(jù)每一個排放點的具體情況設計制作相應的收集裝置，需要功率匹配的風機，通過變頻器調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速來保證有害氣體的全部收集。處理后的廢氣送焦爐煙囪與焦爐廢氣一起排放或者可以直接排放。
4煤化工焦化氮封系統(tǒng)改進系統(tǒng)調(diào)試和運行情況
天焦公司響應國家環(huán)保號召，在回收區(qū)域進行VOCs治理措施。采用回鼓風機前負壓區(qū)工藝，自7月調(diào)試運行以來，系統(tǒng)運行狀態(tài)良好，但也出現(xiàn)了一些實際問題。調(diào)試過程中，對于每一個控制單元，都能很好地控制罐體壓力。由于負壓區(qū)吸力較大，罐體壓力需要用氮氣來維持壓力穩(wěn)定。運行中發(fā)現(xiàn)氮氣消耗量很大，經(jīng)過與設計方的研究，決定把回負壓區(qū)的總閥門關(guān)到很小，由閥門控制罐體內(nèi)壓力的穩(wěn)定，進一步減少氮氣消耗，同時通過與現(xiàn)場比對，把每個罐體的壓力設置在合理范圍內(nèi)，避免罐體壓力變化太大，對生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響。
儲罐設置氮封可有效減緩油品直接與空氣接觸，降低產(chǎn)品變質(zhì)的風險，降低有毒可燃氣體帶來的安全風險，減少油氣揮發(fā)度降低對環(huán)境的污染。目前國內(nèi)油品儲罐氮封設置時每個氮封罐自成體系，沒能將所有氮封罐進行統(tǒng)籌考慮。存在這樣兩類問題： 
①每具儲罐氮封管線上均設置有氮封閥、限流孔板、止回閥等，造成管線附件投資增加。 ②每具氮封儲罐排放的富氮氮封尾氣未進行充分利用，氮氣耗量增加，系統(tǒng)運行能耗增加。 ③儲罐區(qū)氮氣用量不均衡，考慮大用氣量，氮氣規(guī)模較大，投資高但利用率低下。 
5煤化工焦化氮封系統(tǒng)改進結(jié)論
隨著國內(nèi)對環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，逐步展開了對揮發(fā)性有機物VOCs的治理工作，特別是在焦化行業(yè)，在生產(chǎn)過程中進行管控，避免了先污染后治理的弊端。VOCs治理可以在焦化行業(yè)中進行推廣，以減少生產(chǎn)過程中對環(huán)境的污染，實現(xiàn)企業(yè)綠色發(fā)展。從企業(yè)長遠發(fā)展考慮，技術(shù)革新，優(yōu)化生產(chǎn)，綠色生產(chǎn)，對原有工藝進行改進創(chuàng)造也是企業(yè)生存的關(guān)鍵。
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